2.1 大气的组成和垂直分层（AI智学·情境教学课件）地理人教版必修一（江苏专用）

该高中地理课件聚焦“大气的组成和垂直分层”，以“东航江苏南京-广州航线”飞行情境导入，通过起降颠簸与巡航平稳的现象对比，引导学生探究大气成分（关联江苏夏季天气）和垂直分层（关联民航飞行），构建“情境-问题-知识-应用”的学习脉络。 其亮点在于融合人地协调观（江苏“蓝天保卫战”案例）、综合思维（推导分层气温与天气逻辑）和地理实践力（查询航班数据、绘制分层图），以真实航线和本地案例驱动教学，学生能从生活现象理解地理原理，教师可借助情境化设计提升课堂互动与教学效率。

大气的组成和垂直分层 从“云端航线”探秘地球的大气圈 人教版高中地理必修第一册 第二章 第一节 授课人： 核心素养与学习目标 人地协调观 综合思维 区域认知 地理实践力 人地协调观：结合江 苏“蓝天保卫战”等 案例，理解人类活动 与大气环境的相互影 响，树立保护大气环 境的可持续发展意识。 综合思维：从要素综 合角度分析大气成分 功能，从过程综合角 度推导大气垂直分层 气温、气流、天气特 征的内在逻辑。 区域认知：结合江苏 中纬度位置，掌握对 流流层厚度的纬度差 异规律，理解不同区 域大气特征对人类活 动的影响。 地理实践力：通过查 询航班数据、绘制大 气垂直分层图、了解 无锡探空站原理，提 升信息获取与动手实 践能力。 探索之旅：云端之上的奥秘 迁移应用：紫金山天文台与 无锡探空站的地理智慧 分情境二：大气的垂直分层 与民航飞行特征关联 分情境一：大气的组成与 江苏本地天气关联 主情境：东航江苏南京- 广州航线的飞行密码 主情境导入 NKG 东航江苏南京-广州航线的飞行密码 日常出行中的地理现象 航线档案：东航江苏公司日常执飞的南京禄口国际机场至广 州白云机场航线。 飞行体验：客机在起飞和降落阶段，穿梭于江苏上空的云层 中，夏季常受强对流天气影响，容易出现颠簸甚至航班延误 巡航体验：当客机爬升至10-12千米的高空进入巡航阶段后， 窗外往往是万里晴空，机身极其平稳，能见度极高。 起降阶段：穿梭强对流云层，颠簸频发 真实飞行信息截图（Umetrip/航旅纵横） 巡航阶段：万里晴空，飞行平稳 飞行高度的秘密 现代民航客机为了追求最佳的安全性与经济性，通常会选择特定的高度层进行巡航。 仪表盘数据揭秘：东航江苏航班的巡航高度通常锁定在10000米至12000米（10-12千米）之间 思考：为什么在这个高度，气流如此平稳？为什么起降阶段的天气却如此复杂多变？ 高度表（Altimeter）：显示 巡航高度为33000英尺 核心探究问题 为什么该航线的巡航高度选择10-12千米？起降 阶段的强对流天气和大气特征有什么关联? 破题思路： ? ? 复杂的天气现象是由 什么物B质组成的？（大 气的组成） 不同高度的大气环境有 什么差异？（大气的垂直 分层） 第一部分：大气的组成 分情境一：大气的组成与江苏本地天气关联 [情境感知] 标题：江苏夏季的“暴脾气” 气象预警：2024年夏季， 江苏省气象台多次发布强对流天 气蓝色预警，伴随雷暴大风和短时 时强降水。 交通影响：南京禄口机场多次因雷 暴天气发布大面积延误公告。 现象观察：狂风、暴雨、雷电交加， 天空瞬间由晴转暗。 天气现象背后的推手 探索与发现 江苏夏季的雷暴、短时强降水等复 杂天气现象，，其形成需要哪些大 气成分的参与？ 我们呼吸的空气里，究竟藏着什么 秘密? 人类活动会改变大气成分，进而影 响天气和环境吗? 低层大气的组成 地球大气圈是包裹地球的复杂气体混合物。 在25千米以下的低层大气中，主要由三部分组成： 干洁空气-（占比最大） 水汽-（含量极少，但变化大） 固体杂质-（微小颗粒物） 水汽 含量极少，但变化大 干洁空气 干洁空气 占比最大 占比最大 固体杂质 微小颗粒物 干洁空气的主体：氮与氧 氮气（） 作用：地球生物体内 蛋白质的重要组成 部分，是生命体的 基本元素。 植物根瘤菌固氮 氧气 作用：维持人类及一切 生物的生命活动必需 物质；参与有机物的 燃烧、腐败等氧化过 程。 O₂ CO 人类呼吸 物体燃烧 O 有机物腐败 微量却至关重要：二氧化碳与臭氧 ◦ (约0.04%) 光合作用 食物 CO CO CO (约0.04%) CO 温室效应 CO 保温 二氧化碳（CO）：含量 极少（约0.04%）。 作用：绿色植物进行光合 作用的基本原料；吸收地 面辐射，对地面具有保 温作用。 臭氧层 - “地球生命的保护伞” 臭氧（）：含量极微。 作用：强烈吸收太阳紫外线，保护地球上的生物 免受伤害，被誉为“地球生命的保护伞”。 天气变化的“魔术师”：水汽与杂质 水汽 分布：主要集中在对 流层低层，随高度增 加而减少；低纬多， 高纬少。 作用：水相变化（水 汽凝结）产生云、 雨、雾、雪等一系列 天气现象； 同时也能吸收长波 辐射，影响气温。 杂质 分布：随高度增加而 减少；陆地多于海 洋，城市多于乡村。 作用：作为凝结核， 是水汽凝结、成云致 雨的必要条件。 凝结核 凝结核 水汽 + 杂质(凝结核) + 降温 = 降水 人类活动对大气组成的影响 WIND CO 江苏省近年PM2.5浓度变化 南极臭氧层空洞的卫星监测图 改变成分含量：化石燃料燃烧导致浓度升高， 加剧全球变暖。 破坏原有成分：氟氯烃排放破坏臭氧层，形成“臭 氧层空洞”。 ◦ 增加有害杂质：工业废气、机动车尾气排放增加大 气中的PM2.5等杂质，引发雾霾等大气污染。 江苏行动：深入打好“蓝天保卫战”，严格控制污染 物排放，PM2.5浓度连年下降，优良天数显著增加。 江苏报道 江苏深入打好“蓝天保卫 战”，PM2.5显著下降 新闻报道截图 合作探究：大气成分与我们的生活 Page 16 [探究活动] 《大气成分及其功能梳理表》 大气成分 功能/作用 对人类生活的影响 …… …… …… 探究任务 梳理归纳 深度思考 政策解读 根据资料卡，完成《大气成 分及其功能梳理表》。 成云致雨的必要条件有哪些? 水汽和杂质分别起到什么作 用? 江苏减少机动车尾气、工业废 气排放，对大气组成和本地天 气有有什么积极作用？ 提示学生分组讨论 Page 16 万万米上上地球 第二部分：大气的垂直分层 分情境二：大气的垂直分层与民航飞行特征关联 0-12km 12-50km 50km< 对流层 平流层 高层大气 航班起降与巡航的巨大差异 寻找平稳的飞行层 3000km Stratosphere 10-12km 10-12km 驱动问题： 5-10km Troposphere 为什么航班起飞下降阶段容易颠簸，进入 10-12千米的巡航阶段后就十分平稳? 10-12千米这个高度，属于大气的哪一层? 科学家是根据什么标准，将厚厚的大气层 进行分层的? 大气的垂直分层依据 地球大气圈从地面一直延伸到数千千米的高空。 >50 km 对 流 层 、 平 流 层 和 高 层 大 气 温度 高层大气 分 层 结 果 ： 自 下 而 上 分 为 根据大气的温度在垂 直方向上的差异 50 km 密度 划分 平流层 ◦ 根据大气的密度在垂 依据 直方向上的差异 12 km 运动状况 对流层 根据大气运动状况在 垂直方向上的差异 0km 最贴近人类的对流层：气温特征 位置：大气圈的最底层。 气温垂直变化规律：气温随高度 的增加而递减。 递减率：海拔每升高100米，气 温约下降0.6°C。 成因推导：地面是对流层大气主要 的直接热源。距离地面越远，受热 越少，气温越低。(上冷下热) 地面是直接热源，热量递减（红色箭头粗细表示） 最贴近人类的对流层：运动与天气 大气运动状况：对流运动显著 逻辑关联：因为“上冷下热”，热 空气轻而上升，冷空气重而下沉， 形成强烈的垂直对流 天气特征：天气现象复杂多变 逻辑关联：对流层集中了几乎全部 的水汽和杂质，强烈的对流运动促 使水汽上升凝结，极易成云致雨 与人类关系：最为密切，人类生 活在对流层底部 冷空气重而下沉 水气降雨 热空气轻而上升 人类生活 23 对流层厚度的区域差异 规律：对流层的厚度因纬度而异。 低纬度地区：受热多，对流旺盛，厚 度最大（17-18千米）。 中纬度地区：受热适中，厚度居中 （10-12千米）。 高纬度地区：受热少，对流较弱，厚 度最小（8-9千米）。 区域认知：江苏地处中纬度，对流层 厚度度约为10-12千米。 高纬度地区（90°） 对流层 8-9 km 中纬度地区（45°） 10-12 km 江苏 低纬度地区 (0°) 17-18 km 航空飞行的理想层：平流层气温 位置：自对流层顶至 50-55千米高度。 气温垂直变化规律： 气温随高度增加而升高 （下冷上热）。 成因推导：在22-27千 米高度处存在臭氧层。 臭氧大量吸收太阳紫外 线，使大气增温。 航空飞行的理想层：运动与天气 大气运动状况：以平流运动为主 天气特征：天气晴朗，能见度高 逻辑关联：因为“上热下冷”，大气 层结稳定，不易产生垂直对流 逻辑关联：水汽和杂质极少，且无强 烈的对流运动，故无云雨现象 与人类关系：气流平稳、天气晴朗，是现代航空客机巡航的理想高度 平流运动 神秘体秘的高层大气：气温与电离层 位置：平流层顶以上的大气。 气温变化：随高度增加先降低后持续升高。 关键特征：电离层 在80-500千米的高空，大气在太阳紫外线和宇宙射线作用下处于高度电离状态。 作用：电离层能反射无线电波，对远距离无线电通信至关重要。 神秘的高层大气：流星与极光 流星现象：流星体闯入地球大气层，在80-120 千米的高空与大气摩擦燃烧，形成流星。高层 大气起到了保护地球免受陨石撞击的作用。 极光现象：太阳高能带电粒子流进入地球磁 场，在高层大气中激发发光现象。 大气上界：在2000-3000千米高空，大气极其稀薄，逐渐过渡到星际空间。 解密：航班巡航高度的选择 结论汇总： 为什么选10-12千米? 江苏地处中纬度，对流 层厚度约10-12千米。 10-12千米刚好突破对 流层顶，进入平流层 底部。 避开了对流层的复杂 天气和剧烈颠簸。 利用平流层的平稳气 流和极高能见度，确 保飞行安全与舒适。 为什么不飞得更高? 空气过于稀薄，发动 机进气量不足，影响 推力； 机舱增压成本过高。 [对流层特征]: 颠簸、云雨 (km) Mesosphere 28 [平流层特征]： 16 - Stratosphere 平稳、晴朗 14 最佳巡航高度 10-12→ 8 - [对流层特征]: Troposphere 6 平稳、晴朗 4 2 0 第三部分：迁移应用 紫金山天文台与无锡探空站的地理智慧 情境拓展：紫金山天文台选址 案例背景：南京紫金山天文台是我国自己建立的第一个现 代天文学研究机构，其高山观测站往往选址在海拔较高的 山顶。 探究问题 天文观测要求大气透明度极高。请结合本节课所学的大气组 成和垂直分层知识，解释天文台选址在高山的大气学依据。 对流层厚度 提示词 提示词 水汽、杂质分布规律；对流层厚度。 情境拓展：无锡探空气球爆炸之谜 案例背景：无锡国家高空气象探测站每日 定时释放携带探空仪的探空气球，收集高 空气象数据。 探究问题： 探空气球在上升到30千米左右的高度时，通 常会发生爆炸。请结合大气各层的气压、温 度特征，解释气球爆炸的原因。 提示词：大气密度、气压随高度的变化；气球 内外压强差。 知识迁移与展示 5分钟 分组讨论：每组选择一个拓展情境（天文台选址或探空气球爆炸）进行5分钟讨论； 成果展示：每组派代表上台，运用地理专业术语展示结论。 天文台选址 探空气球爆炸 探空气球爆炸相隐藏 老师的反馈点相隐藏 高海拔地区水汽 随高度增加， 和杂质少 大气密度减小 less dense 空气稀薄，大气 外界气压急剧降低 thin air 透明度高 气球内部气体膨胀， large pressure 受对流天气影 最终超过橡胶张力 sea level 响小 极限而爆炸 第四部分：课堂总结 构建知识网络 大气的组成和垂直分层 知识结构 第35页：[课堂总结] ：生命基本元素 上冷下热、对流显著、天气复杂 ：维持生命 对流层 干洁空气 中纬厚度10-12km，与人类最密切 CO: 光合原料/保温 ：吸收紫外线 大气的组成 大气的 大气的 和垂直分层 垂直分层 上热下冷、平流为主、天气晴朗 组成 平流层 22-27km有臭氧层，适合航空 （依据：温度、 水汽和杂质 成云致雨必要条件、影响气温 密度、运动状况） 先降温后升温 高层大气 改变成分含量、引发大气污染 人类活动影响 有电离层反射无线电波， 有流星现象 课后作业与实践 基础题 实践题 拓展题 自主查询最近一周南京禄 口机场飞往广州的3个航 班的巡航高度，验证是否 符合本节课所学的10- 12km的平流层高度。 绘制简易大气垂直分层 示意图，标注各层的高度 范围、气温变化趋势、核 核心特征与人类活动的 关联。 查阅资料了解臭氧层空 洞的成因，写100字左右 右的保护大气环境的小倡 议。 感谢聆听! 保护大气环境，守护蔚蓝地球 $